基于單波束側(cè)掃技術(shù)的船舶吃水深度檢測(cè)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航運(yùn)領(lǐng)域，具體涉及一種基于單波束側(cè)掃技術(shù)的船舶吃水深度檢測(cè)系 統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)豐富的內(nèi)河水運(yùn)資源給內(nèi)河航運(yùn)創(chuàng)造了得天獨(dú)厚的發(fā)展條件，隨著內(nèi)河航運(yùn) 的快速發(fā)展，內(nèi)河船舶呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、專(zhuān)業(yè)化和大型化的發(fā)展趨勢(shì)。船舶載重持續(xù)增加，船舶 航線越走越長(zhǎng)，船舶吃水越來(lái)越深。這使得當(dāng)船舶在枯水期的淺險(xiǎn)灘道航行時(shí)，會(huì)因?yàn)槠涑?水深度超過(guò)航道規(guī)定最大值而產(chǎn)生擱淺的危險(xiǎn)。
[0003] 這種船舶超吃水航行現(xiàn)象除了客觀原因以外，很大程度上是由于部分船主為追求 經(jīng)濟(jì)效益鋌而走險(xiǎn)。因此，在內(nèi)河航道對(duì)船舶進(jìn)行主動(dòng)式實(shí)時(shí)吃水檢測(cè)，并對(duì)船舶超吃水航 行的行為進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)判斷與監(jiān)管，有利于消除船舶超吃水航行現(xiàn)象，加強(qiáng)內(nèi)河航道安全監(jiān)管。 對(duì)維護(hù)內(nèi)河航運(yùn)安全，保證內(nèi)河航運(yùn)運(yùn)輸效率，促進(jìn)內(nèi)河航運(yùn)事業(yè)發(fā)展有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種成本低、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單的基于單波束側(cè)掃 技術(shù)的船舶吃水深度檢測(cè)系統(tǒng)及方法。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案為：基于單波束側(cè)掃技術(shù)的船舶吃 水深度檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：它包括：
[0006] 單波束聲納掃描系統(tǒng)，包括用于測(cè)量與船舶之間距離的聲納換能器和用于接收聲 納換能器采集的距離數(shù)據(jù)的測(cè)深儀主機(jī)；
[0007] 子控制系統(tǒng)，包括用于帶動(dòng)聲納換能器垂直升降的運(yùn)動(dòng)組件及用于給運(yùn)動(dòng)組件信 號(hào)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；
[0008] 主控系統(tǒng)，用于設(shè)定運(yùn)動(dòng)組件的運(yùn)動(dòng)方式、控制運(yùn)動(dòng)組件按其運(yùn)動(dòng)方式升降、同時(shí) 接收測(cè)深儀主機(jī)的距離數(shù)據(jù)，結(jié)合運(yùn)動(dòng)組件的運(yùn)動(dòng)位移和測(cè)深儀主機(jī)采集的距離數(shù)據(jù)，計(jì) 算船舶吃水深度。
[0009] 按上述系統(tǒng)，所述的運(yùn)動(dòng)組件包括減速步進(jìn)電機(jī)和齒輪齒條升降機(jī)構(gòu)。
[0010] 利用上述基于單波束側(cè)掃技術(shù)的船舶吃水深度檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的檢測(cè)方法，其特征 在于：它包括以下步驟：
[0011] S1、控制運(yùn)動(dòng)組件按設(shè)定的運(yùn)動(dòng)方式將聲納換能器從水面向水下下降，聲納換能 器開(kāi)始測(cè)量其與船舶的水平距離；
[0012] S2、當(dāng)聲納換能器所測(cè)的距離發(fā)生突變，設(shè)突變前聲納換能器所測(cè)距離為Di，突變 后所測(cè)距離為D2, vwatCT、分別為超聲波在水中和空氣中的傳輸速度，若前后測(cè)得距離之 比滿(mǎn)足：
[0014] 其中，Δ為對(duì)超聲波傳輸速度之比設(shè)定的閾值，此時(shí)判定聲納換能器剛進(jìn)入水 面，記錄此時(shí)刻；
[0015] S3、設(shè)定所測(cè)距離的有效測(cè)量范圍為[D_，D_];聲納換能器繼續(xù)下降，直至所測(cè) 距離滿(mǎn)足以下條件：
[0016] D<Dninlg D>Dnax
[0017] 則判定聲納換能器已掃描至船底，記錄此時(shí)刻；
[0018] S4、在S2與S3記錄的時(shí)刻之間，聲納換能器下降的位移，即為船舶吃水深度。
[0019] 按上述方法，所述的運(yùn)動(dòng)組件包括減速步進(jìn)電機(jī)和齒輪齒條升降機(jī)構(gòu)；
[0020] S1中運(yùn)動(dòng)組件的運(yùn)動(dòng)方式為：預(yù)設(shè)減速步進(jìn)電機(jī)的步長(zhǎng)L，每移動(dòng)一個(gè)步長(zhǎng)，計(jì)數(shù) 器加1，同時(shí)測(cè)量一次聲納換能器與船舶之間的距離；
[0021] S2和S3分別記錄當(dāng)時(shí)計(jì)數(shù)器的值；
[0022] S4通過(guò)S2和S3的計(jì)數(shù)器的值的差、步長(zhǎng)、以及齒輪半徑，計(jì)算聲納換能器下降的 位移。
[0023] 本發(fā)明的有益效果為：
[0024] 1、本發(fā)明通過(guò)測(cè)得聲納換能器從水面下降到船底的位移，即可獲得船舶的吃水深 度，并巧妙的利用了聲納換能器的聲波檢測(cè)功能，判斷水面時(shí)刻和船底時(shí)刻，原理簡(jiǎn)單可 行，并且所采用的設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉，只需要將其固定安裝在船舶?？康陌哆吋纯桑档?了安裝和維護(hù)的難度與成本；吃水檢測(cè)過(guò)程方便快捷，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)單邊檢測(cè)。
[0025] 2、使用減速步進(jìn)電機(jī)和齒輪嚙合機(jī)械傳動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)單波束聲納的側(cè)掃運(yùn)動(dòng)，結(jié) 構(gòu)牢固，在測(cè)量時(shí)選用步長(zhǎng)和計(jì)數(shù)的方式，測(cè)量精度高。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的應(yīng)用圖。
[0027] 圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。
[0028] 圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的方法流程圖。
[0029] 圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的吃水測(cè)量原理圖。
[0030] 圖中：1-聲納換能器，2-測(cè)深儀主機(jī)，3-密封電纜，4-驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，5-減速步進(jìn)電 機(jī)，6-齒輪齒條升降機(jī)構(gòu)，7-串□總線，8-計(jì)算機(jī)，9-電源。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合具體實(shí)例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0032] 基于單波束側(cè)掃技術(shù)的船舶吃水深度檢測(cè)系統(tǒng)，如圖1和2所示，它包括：?jiǎn)尾ㄊ?聲納掃描系統(tǒng)，包括用于測(cè)量與船舶之間距離的聲納換能器1和用于接收聲納換能器1采 集的距離數(shù)據(jù)的測(cè)深儀主機(jī)2,聲納換能器1通過(guò)密封電纜3與測(cè)深儀主機(jī)2連接；子控制 系統(tǒng)，包括用于帶動(dòng)聲納換能器1垂直升降的運(yùn)動(dòng)組件及用于給運(yùn)動(dòng)組件信號(hào)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 4;主控系統(tǒng)，用于設(shè)定運(yùn)動(dòng)組件的運(yùn)動(dòng)方式、控制運(yùn)動(dòng)組件按其運(yùn)動(dòng)方式升降、同時(shí)接收測(cè) 深儀主機(jī)2的距離數(shù)據(jù)，結(jié)合運(yùn)動(dòng)組件的運(yùn)動(dòng)位移和測(cè)深儀主機(jī)2采集的距離數(shù)據(jù)，計(jì)算船 舶吃水深度。本實(shí)施例中，所述的運(yùn)動(dòng)組件包括減速步進(jìn)電機(jī)5和齒輪齒條升降機(jī)構(gòu)6 ;主 控系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)8,還包括電源9,為子控制系統(tǒng)和單波束聲納掃描系統(tǒng)提供電能；驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)4通過(guò)串口總線7與計(jì)算機(jī)8連接。
[0033] 本實(shí)施例中，聲納換能器1為超聲波換能器，超聲波換能器發(fā)射的超聲波遇到障 礙物發(fā)生反射，超聲波換能器接收反射聲波并由發(fā)射到接收的時(shí)間差來(lái)計(jì)算超聲波換能器 到障礙物的距離；所述聲納換能器1的聲波發(fā)射方向?yàn)樗椒较?，減速步進(jìn)電機(jī)5通過(guò)齒輪 齒條升降機(jī)構(gòu)6帶動(dòng)其向下垂直移動(dòng)，當(dāng)回波消失時(shí)，其垂直移動(dòng)的距離即為船舶吃水深 度。
[0034] 在本實(shí)施例中，所述減速步進(jìn)電